电力系统的有功功率平衡及频率调整

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1、第第1313章章 电力系统的有功功率平衡及频率调整电力系统的有功功率平衡及频率调整主要内容：主要内容：频率调整的概念；频率调整的概念；电力系统频率特性及调整。电力系统频率特性及调整。13.1 13.1 频率调整的必要性频率调整的必要性1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性n频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响(1)(1)系统频率变化引起异步电动机转速变化，使得加工机械的系统频率变化引起异步电动机转速变化，使得加工机械的转速发生变化，影响产品质量；转速发生变化，影响产品质量；(2)2)系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确系统频率波动会影响某些测量和控制用的电

2、子设备的准确性和性能；性和性能；(3)(3)系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电用户设备的正常运行。所带动机械的转速和出力降低，影响电用户设备的正常运行。n频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响(1)(1)频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹；寿命，重则可能产生裂纹；(2)(2)频率下降到频率下降到47-48Hz47-48Hz时，火电厂由异步电动机驱动的辅时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降，

3、从而使火电厂发电机发机（如送风机）的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。如果不能及时制止，就会在短时间内出的有功功率下降。如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度导致使电力系统频率下降到不能允许的程度导致频率雪崩频率雪崩。出。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解；现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解；(3)(3)在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时当频率降到一定数值时, ,冷却介质泵即自动跳开冷却介质泵即自动跳开, ,使反应堆使反应堆停止运行。停止

4、运行。(4)(4)电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使无功消耗增加，引起系统电压下降，频率下降还会增加，使无功消耗增加，引起系统电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现所谓电压雪崩现象，出现降到一定值时，可能出现所谓电压雪崩现象，出现电压雪崩电压雪崩也会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。也会造成大面积停电，甚至使系统瓦解

5、。 2 2、电力系统有功功率控制的必要性、电力系统有功功率控制的必要性A.A.维持电力系统频率在允许范围之内维持电力系统频率在允许范围之内 系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗功功率总和与系统内所有负荷消耗( (包括网损包括网损) )的有功功率总的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的，和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内之内 ，就是要及时调节系统内

6、并联运行机组有功功率。，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。 B.B.提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 当当系系统统频频率率在在额额定定值值附附近近时时，虽虽频频率率满满足足要要求求，但但没没有有说说明明哪哪些些机机组组参参与与并并联联运运行行，并并联联运运行行的的机机组组各各应应该该发发多多少少有有功功功功率率。电电力力系系统统有有功功功功率率控控制制的的任任务务之之一一就就是是要要解解决决这这个个问问题。这就是电力系统经济调度问题。题。这就是电力系统经济调度问题。C.C.保证联合电力系统的协调运行保证联合电力系统的协调运行 电电力力系系统统的的规规模模在在不不断断地地

7、扩扩大大，已已经经出出现现了了将将几几个个区区域域电电力力系系统统联联在在一一起起组组成成的的联联合合电电力力系系统统，有有的的联联合合电电力力系系统统实实行行分分区区域域控控制制，要要求求不不同同区区域域系系统统间间交交换换的的电电功功率率和和电电量量按按事事先先约约定定的的协协议议进进行行。这这时时电电力力系系统统有有功功功功率率控控制制要要对对不不同同区区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。3 3、有功功率和频率、有功功率和频率n基本概念基本概念电力系统的频率由发电机的转速决定，相联系统只有一个频电力系统的频率由发电机的转速决定，相联系

8、统只有一个频率，是一个全局问题，与电压不同；率，是一个全局问题，与电压不同；频率的一次调整：由发电机组的调速器进行调整负荷变化频率的一次调整：由发电机组的调速器进行调整负荷变化引起的频率偏移；引起的频率偏移；频率的二次调整：由调频器进行调整负荷变化引起的频率频率的二次调整：由调频器进行调整负荷变化引起的频率偏移；偏移；n频率频率额定频率：额定频率：50Hz50Hz；频率偏移：系统运行频率与额定频率之差；频率偏移：系统运行频率与额定频率之差；频率偏差范围：频率偏差范围： 。n电电力力系系统统的的频频率率水水平平由由有有功功功功率率平平衡衡决决定定，如如果果有有功功电电源源充充足足，能能保保证证用

9、用户户需需要要，且且具具有有及及时时进进行行调调整整的的能能力力，则则能能保保证证频频率率在在合合理理的的范范围围之之内内。反反之之，则则将将出出现现较较大大的的频频率率偏偏移。移。频率一次调整负荷分量频率一次调整负荷分量频率二次调整负荷分量频率二次调整负荷分量实际负荷曲线实际负荷曲线按最优化原则在各发电厂按最优化原则在各发电厂进行分配的负荷分量进行分配的负荷分量13.2 13.2 电力系统的频率特性电力系统的频率特性一、系统负荷的有功功率频率静态特性一、系统负荷的有功功率频率静态特性系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性。系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性。1.1

10、.负荷的分类：负荷的分类：n与频率无关：照明、电炉、整流；与频率无关：照明、电炉、整流；n与频率一次方成正比：球磨机、切削机床，卷扬机；与频率一次方成正比：球磨机、切削机床，卷扬机；n与频率二次方成正比：铁损与频率二次方成正比：铁损( (涡流涡流) )；n与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水泵；与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水泵；n与频率四次方成正比：阻力很大的水泵；与频率四次方成正比：阻力很大的水泵；注：主要成份为注：主要成份为前二种前二种，在额定值附近为一直线。，在额定值附近为一直线。2.2.负荷功率与频率的关系：负荷功率与频率的关系：标么值：标么值：当当

11、时，时，3.3.有功负荷的频率静态特性有功负荷的频率静态特性负荷的频率调节效应系数：负荷的频率调节效应系数：标么值形式：标么值形式：取值范围：取值范围：物理意义：频率变化物理意义：频率变化1 1时，负荷有功功率相应变化时，负荷有功功率相应变化(1(13)3)；作用：是调度部门考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用作用：是调度部门考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。一次切除负荷来恢复频率的计算依据。二、发电机组的有功功率静态频率特性二、发电机组的有功功率静态频率特性1.1.调速系统（四个部分）调速系统（四个部分）n检测部件检测部件( (离心飞摆离心飞摆) )：转速

12、：转速位移位移n放大部件放大部件( (错错 油油 门门) )：位移：位移油压油压( (信号放大信号放大) )n执行部件执行部件( (油油 动动 机机) )：油压：油压 启闭阀门启闭阀门 ( (功率放大功率放大) ) 反馈位置信号反馈位置信号n转速控制部件：速度基准控制转速控制部件：速度基准控制调速器：前三者组成，完成频率一次调整；调速器：前三者组成，完成频率一次调整；调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整。调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整。2.2.自动调速系统自动调速系统3.3.调速器工作原理调速器工作原理稳定在稳定在 发电机组的静态调差系数发电机组的静态调差系数标么值形式：标么

13、值形式：物理意义：表明某台机组负荷改变时相应的转速物理意义：表明某台机组负荷改变时相应的转速( (频率频率) )偏偏移；移；发电机组功频特性系数：调差系数的倒数。发电机组功频特性系数：调差系数的倒数。物理意义：表示发生单位变化时，发电机组输出功率的变物理意义：表示发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量；化量；负号的含义：表示频率下降时，发电机组的有功出力是增负号的含义：表示频率下降时，发电机组的有功出力是增加的；加的；注意：调差系数愈小注意：调差系数愈小( (即单位调节功率愈大即单位调节功率愈大) )，频率偏移愈，频率偏移愈小；小；取值范围：取值范围：汽轮发电机：汽轮发电机：水轮发电机：水轮

14、发电机：调速器为有差调节，不可能使频率调速器为有差调节，不可能使频率( (转速转速) )保持不变；保持不变；负荷功率增加太多时，负荷功率增加太多时，f f大大下降，超出允许范围；大大下降，超出允许范围；当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。3.3.电力系统的有功功率频率静态特性电力系统的有功功率频率静态特性电力系统主要由发电机、输电网络和负电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。如果把输电网络的损耗看成负荷组成。如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。组成的闭环系统

15、。发电机组的功率频率发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点电力系统的频率的稳定运行点。如图，当等效发电机运行在特性如图，当等效发电机运行在特性P PG G(f)(f)，综合负荷特性为，综合负荷特性为P PD D(f)(f)时，系统运行在时，系统运行在A A点，系统频率为点，系统频率为f f1 1。当系统负荷增加，综合负荷特性为当系统负荷增加，综合负荷特性为P PD D(f)(f)时，如果不改变发时，如果不改变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性仍然为电机调速系统的设定值，等效发电机特性仍然为P PG G(f), (f)

16、, 系统系统运行在运行在B B点，系统频率为点，系统频率为f f2 2。n负荷初始增量：负荷初始增量：PPD0 D0 系统频率变化：系统频率变化：f =ff =f2 2-f-f1 100；n负荷调节效应：负荷调节效应：PPD D=K=KD Df0f 最大单机容量）最大单机容量）；检修备用：为发电设备的定期检修及设置的备用；检修备用：为发电设备的定期检修及设置的备用；国民经济备用：考虑国民经济超计划增长而设置的备用。国民经济备用：考虑国民经济超计划增长而设置的备用。u热备用：所有发电机组最大可能出力之和与该时刻总负荷热备用：所有发电机组最大可能出力之和与该时刻总负荷的差值。包括部分事故备用和全部负荷备用。（根据需要随的差值。包括部分事故备用和全部负荷备用。（根据需要随时可以投入的备用）时可以投入的备用） u冷备用：处于待机状态，但设备完好，随时可以启动的发冷备用：处于待机状态，但设备完好，随时可以启动的发电设备。电设备。